Этапы развития биотехнологии как науки

Этапы развития биотехнологии как науки

Видимо правомерно отнести, возникновение современной биотехнологии, начавшей свое формирование на базе существующих отраслей микробиологической промышленности, к началу 50-х годов нынешнего века, а весь предшествующий данному периоду этап, назвать предысторией формирования биотехнологии, восходящей к древним цивилизациям. В этой связи третий съезд Европейской ассоциации биотехнологов в Мюнхене (1984 г.) доброжелательно воспринял предложение голландца Е. Хаувинка о выделении 5 периодов (эр) в развитии биотехнологии:

Допастеровский: до 1865 г. (до открытия Пастером микромира в 1865 г.) – хлебопечение, молочнокислое брожение, получение уксуса, сыра, открытие спирта.

Послепастеровский: 1866 – 1940 гг. – связан с получением бутанола, ацетона, анатоксинов, вакцин, сывороток и других продуктов с помощью биосинтетической способности микроорганизмов.

Антибиотиков: 1941 – 1960 гг. – открытие антибиотиков; открытие строения ДНК (1953 г.).

Управляемого биосинтеза: 1961 – 1975 гг.: в 1961 г. впервые была установлена способность микроорганизмов к сверхсинтезу определенных веществ (аминокислот, витаминов и т.п.).

Новой биотехнологии: после 1975 г. – базируется на современных достижениях генетической и клеточной инженерии.

Кроме того, возникновение, становление и развитие биотехнологии условно можно подразделить на 4 периода:

Эмперический или доисторический период – самый длительный период, охватывающий примерно 8000 лет. Древние люди интуитивно использовали приемы и способы изготовления пива, хлеба и др. продуктов. В течение нескольких тысячелетий известен уксус, издревле приготавливавшийся в домашних условиях, первая дистилляция вина осуществлена в ХII в., и т.п. К этому же периоду относятся получение кисломолочных продуктов, квашенной капусты, и др.

Таким образом, народы исстари использовали на практике микробиологические процессы, ничего не зная о микробах. Эмпиризм в этот период также был свойственен и в практике использования полезных растений и животных.

Этиологический период в развитии биотехнологии охватывает вторую половину XIX в. и первую треть ХХ в. (1856 – 1933 гг.). Он связан с выдающимися исследованиями Луи Пастера (1822 – 1895 гг.) – основоположника научной микробиологии; вскрывшего микробную природу брожения, доказавшего возможность жизни в бескислородных условиях, опровергшего представления о самопроизвольном зарождении живых существ, создавшего научные основы вакцинопрофилактики и вакцинотерапии, предложившего новый метод стерилизации (пастеризацию).

Этиологический период знаменателен тем, что удалось доказать индивидуальную природу микробов и выделить их в виде чистых культур. Более того, каждый вид мог быть размножен на питательных средах и использован в целях воспроизведения соответствующих процессов (бродильных, окислительных и др.). В этот период было начато изготовление пищевых прессованных дрожжей, некоторых продуктов обмена, ацетона, бутанола, лимонной и молочной кислот. Во Франции приступили к созданию биоустановок для микробиологической очистки сточных вод.

Биотехнический период начался в 1933 г. с публикации работы А. Клюйвера и Л.Х.Ц. Перкина «Методы изучения обмена веществ у плесневых грибов», в которой были изложены основные технические приемы, а также подходы к оценке и интерпретации получаемых результатов при глубинном культивировании грибов. С этого момента началось внедрение в биотехнологию крупномасштабного герметизированного оборудования, обеспечивающего проведение процессов в стерильных условиях.

Примерно за 40 лет третьего периода были решены основные задачи по конструированию, созданию и внедрению в практику необходимого оборудования, в том числе главного из них – биореактора.

Генотехнический период начался с 1972 г.: П. Берг с сотрудниками создали первую рекомбинантную молекулу ДНК.

Таким образом, выяснение механизмов функционирования и регуляции ДНК, выделение и изучение специфичных ферментов привело к формированию строго научного подхода к разработке биотехнологических процессов на основе генно-инженерных работ. В этом и заключается сущность генотехнического периода.

Уже в 1982 г. поступил в продажу человеческий инсулин, выработанный кишечными палочками, несущими в себе искусственно встроенную генетическую информацию о данном гормоне. В настоящее время разрабатываются или уже выпускаются следующие генно-инженерные препараты: интерфероны, интерлейкины, соматотропин. Проводится много работ на стыке генетической инженерии и гибридомной технологии, так производство моноклональных антител, привело к революционным изменениям, в первую очередь, в области диагностики многих инфекционных и неинфекционных заболеваний.

Чего хотят пациенты? Качественных и доступных медицинских услуг. Чего хотят врачи? Достойной зарплаты и надлежащих условий труда!

  • Главная
  • Карта
  • Популярное
  • Контакты
Читайте также:  Ночные приступы аритмии

Практическая медицина одновременно является наукой и искусством

Без собственной ответственности медицина сама ничего не сделает

Быстрый рост медицины как науки вызывает ряд тревожных вопросов

Медицина — это система научных знаний и практических действий

Центральными понятиями медицины является здоровье и болезнь

Этапы развития биотехнологии

В развитии биотехнологии выделяют следующие периоды:

Последний специально отделяется от предыдущего, так как биотехнологи уже могут создавать и использовать в производстве неприродные организмы, полученные генно-инженерными методами.

1) Эмпирическая биотехнология неотделима от цивилизации, преимущественно как сфера производства (с древнейших времен — приготовление теста, получение молочнокислых продуктов, сыро-, виноделие, пивоварение, ферментация табака и чая, выделка кож и обработка растительных волокон). В течение тысячелетий человек применял в своих целях ферментативные процессы, не имея понятия ни о ферментах, ни о клетках с их видовой специфичностью и, тем более, генетическим аппаратом. Причем прогресс точных наук долгое время не влиял на технологические приемы, используемые в эмпирической биотехнологии.

2) Быстрое развитие биотехнологии как научной дисциплины с середины XIX в. было инициировано работами Л. Пастера (1822 — 1895).

Именно Л.Пастер ввел понятие биообъекта, не прибегая, впрочем, к такому термину, доказал «живую природу» брожений: каждое осуществлявшееся в производственных условиях брожение (спиртовое, уксусно-, молочнокислое и т.д.) вызывается своим микроорганизмом, а срыв производственного процесса обусловлен несоблюдением чистоты культуры микроорганизма, являющегося в данном случае биообъектом.

Практическое значение этих исследований Л. Пастера сводится к требованию поддержания чистоты культуры, т.е. к проведению производственного процесса с индивидуальным, имеющим точные характеристики биообъектом.

Позднее, приступив к работам в области медицины, Л. Пастер исходил из своей концепции о причине заразных болезней, сводя ее в каждом случае к конкретному, определенному микроорганизму. Хотя техника того времени не позволяла увидеть возбудителя инфекции, как, например, в случае вируса бешенства, однако Л.Пастер считал, что «мы его не видим, но мы им управляем». Целенаправленное воздействие на возбудителя инфекции (в целях ослабления его патогенности) позволяет получать вакцины.

Ослабленный патоген и животное, в организм которого он введен, могут рассматриваться как своеобразный биообъект, а получаемая вакцина — как биотехнологический препарат. Л. Пастер создал строго научные основы получения вакцин, тогда как замечательные достижения Э.Дженнера в борьбе с оспой были результатом освоения эмпирического опыта индийской медицины.

3) Современная биотехнология, основанная на достижениях молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии (на практическом воплощении этих достижений), выросла из биотехнологии Л.Пастера и, являясь также строго научной, отличается от последней прежде всего тем, что способна создавать и использовать в производстве неприродные биообъекты, что отражается как на производственном процессе в целом, так и на свойствах новых биотехнологических продуктов.

Говоря о биотехнологии, нельзя не упомянуть публикацию в 1953 г. первого сообщения о двуспиральной структуре ДНК, ставшего основополагающим для возникновения указанных фундаментальных дисциплин, достижения которых реализуются в современной биотехнологии.

В результате серий публикаций в 1960-х гг. в литературу были внедрены принципиально важные для биотехнолога понятия «оперон» и «структурный ген».

В 1973 г. было опубликовано сообщение об успешном переносе генов из одного организма в другой — в сущности, уже о технологии рекомбинантной ДНК, определяющей возникновение генетической инженерии.

В 1980 г. Верховный суд США признал, что генно-инженерные микроорганизмы могут быть запатентованы, а развитие биотехнологических методов получило юридический статус.

В 1990 г. произошли два принципиально важных события: была разрешена генотерапия (но только применительно к соматическим клеткам человека, т.е. без передачи чужого гена потомству) и утвержден международный проект «Геном человека». Образно говоря, человеку было юридически разрешено познавать свою сущность.

В настоящее время интенсивно растет количество таких успешно применяемых в медицине биотехнологических продуктов, как рекомбинантные белки, вторичные метаболиты микроорганизмов и растений, а также полусинтетических лекарственных агентов, являющихся продуктами одновременно био- и оргсинтеза.

Боли в области шеи
Боли в области шеи имеют бесконечный перечень причинных факторов, включающих дегенеративные заболевания, инфекции, неоплазмы, врожденные аномалии развития, воспалительное (асептическое) поражение суст .

Читайте также:  После лечения молочницы сухость

Аритмии сердца
Аритмии сердца – нарушение частоты, ритмичности и последовательности возбуждения и сокращения отделов сердца. Аритмии встречаются очень часто. Они возникают в результате заметных структурных из .

Астма, бронхит и бронхолегочная дисплазия
Астма — это заболевание трахеобронхиального дерева, которое характеризуется бронхиальной гиперреактивностью и последующей обструкцией воздушного потока вследствие воздействия какого-либо раздраж .

Для обозначения наиболее тесно связанных с биологией разнообразных технологий раньше использовали такие наименования, как «прикладная микробиология», «прикладная биохимия», «технология ферментов», «биоинженерия», «прикладная генетика», «прикладная биология».

Наши предки в течение тысячелетий успешно использовали метод микробиологической ферментации для сохранения и улучшения вкуса пищи, производства спиртных напитков. Так, пивоварение до сих пор остается наиболее важной (в денежном исчислении) отраслью биотехнологии: в мире ежегодно производится свыше 10 11 л пива на сумму порядка 175 млн долларов. В основе процесса пивоварения лежат реакции обмена веществ, происходящие при росте и размножении некоторых микроорганизмов в анаэробных условиях.

Благодаря трудам Л. Пастера в конце XIX в. были созданы условия для дальнейшего развития прикладной (технической) микробиологии, а также в значительной мере и биотехнологии. Пастер установил, что микроорганизмы играют ключевую роль в процессах брожения, и показал, что в образовании отдельных продуктов участвуют разные их виды. Это послужило основой развития в конце XIX — начале XX в. бродильного производства органических растворителей (ацетона, этанола, бутанола, изопропанола) и других химических веществ, где использовались разнообразные виды микроорганизмов.

Процессы, в которых биомасса, т. е. возобновляемый источник сырья, используется для получения химических веществ, играли ведущую роль на первом этапе развития современной биотехнологии. По мере становления нефтехимии на смену многим из них пришли химические процессы.

В тех случаях, когда некоторые химические соединения (например, цитрат, ацетат и итаконат) широко применяли при производстве пищевых продуктов, их продолжали получать и путем брожения — самым выгодным с экономической точки зрения. В некоторых странах (например, в Италии) таким способом вырабатывали даже технический этиловый спирт. Сегодня под влиянием энергетического кризиса производство спирта из растительного сырья получает все более широкое распространение в США, Бразилии и других странах.

Следующим важным этапом в развитии биотехнологии хозяйственно ценных веществ была организация промышленного производства антибиотиков, основой которого стало открытие в 1940 г. А. Флемингом, X. Флори и Э. Чейном химиотерапевтической активности пенициллина. Сегодня годовой оборот этой отрасли составляет около 3,5 млрд долларов.

Как получение химических соединений и пищевых добавок путем брожения, так и синтез антибиотиков всегда велись в асептических условиях, но некоторые современные процессы (например, образование белка одноклеточными организмами) осуществляют в еще более жестком режиме. Обеспечение таких особых условий — многоплановая задача, и она решается инженерами-химиками и микробиологами.

Вместе с тем переработка отходов, например, не требует стерильных условий; напротив, чем больше разных микроорганизмов принимает участие в процессе, тем лучше. В наше время все более широко применяют переработку стоков в анаэробных условиях смешанной микрофлорой, в результате чего попутно образуется биогаз (он состоит в основном из метана и С02). Этот способ энергетически высокоэффективен, позволяет сохранять и концентрировать энергию, содержащуюся в различных компонентах стоков (с газом регенерируется более 80 % свободной энергии), а в сельской местности с его помощью можно получать значительную часть столь необходимой энергии. Так, в Китае построено более 18 млн генераторов биогаза. В развитых странах с высоким потреблением энергии превращение отходов

в биогаз может покрыть лишь несколько процентов их энергетических потребностей. На отдельных крупных заводах по переработке отходов биогаз часто сжигают в тепловых машинах, которые приводят в действие электрогенераторы. В последние годы созданы также небольшие установки, предназначенные для переработки отходов сельского хозяйства.

Направления биотехнологии и получаемые с ее помощью продукты

Получение новых штаммов; новые методы селекции растений и животных (включая клонирование)

Производство химических веществ

Получение органических кислот (например, лимонной, итаконовой); использование ферментов в составе моющих средств

Читайте также:  Непереносимость глютена у ребенка симптомы

Увеличение потребления биогаза; крупномасштабное производство этанола как жидкого топлива

Контроль за состоянием окружающей среды

Совершенствование методов тестирования и мониторинга;

прогнозирование превращений ксенобиотиков;

улучшение методов переработки отходов, особенно промышленных

Создание новых методов переработки и хранения пищевых продуктов; получение пищевых добавок; использование белка, синтезируемого одноклеточными организмами; получение ферментов для переработки пищевого сырья

Выщелачивание руд; контроль биоразложения

Применение ферментов для усовершенствования диагностики; создание датчиков на основе ферментов; использование микроорганизмов и ферментов при производстве сложных лекарств (например, стероидов); синтез новых антибиотиков; применение ферментов в терапии

Широкое распространение получило производство аминокислот в аэробных микробиологических процессах. В основном это глутамат натрия (ежегодное производство в мире — около 150 тыс. т), который является усилителем вкуса, и лизин (ежегодное производство в мире — 15 тыс. т), который служит пищевой добавкой. За год в мире продается аминокислот на сумму 1,75 млрд долларов, причем большую часть поставляют японские фирмы.

В промышленных масштабах уже в течение многих десятилетий используется способность микроорганизмов превращать растительную биомассу с низким содержанием белка в пищевые продукты с высоким его содержанием. В Германии в период Первой мировой войны выращивали дрожжи Saccaharomyces cerevisiae, которые добавляли в колбасу и супы, что компенсировало около 60 % довоенного импорта пищевых продуктов. Во время Второй мировой войны осуществляли сходные процессы, но уже на основе пищевых дрожжей Candida arborea и Candida utilis.

В 1960-х гг. некоторые нефтяные и химические компании начали проводить исследования с целью получения из одноклеточных организмов белка, предназначенного для добавления в пищу людям и животным. В какой-то мере это было связано с недостатком белковой пищи в мире. В качестве субстратов использовали нефть, метан, метанол и крахмал. Наиболее конкурентоспособными оказались процессы на основе метанола и крахмала. Основная масса полученных продуктов предназначалась для добавления в корм животным.

В западных странах компанией ICI был построен самый крупный завод, где в одном ферментере при участии мета- нолпотребляющей бактерии Methylophilus methylotrophus из метанола получают около 70 тыс. т белка прутина (Pruteen) в год. Модификация механизмов ассимиляции азота этими бактериями, достигнутая с помощью технологии рекомбинантных ДНК, привела к еще большему увеличению выхода продукта. Это стало одним из первых доказательств практической значимости и потенциальных возможностей генетической инженерии.

В России ежегодно производится более 1 млн т белка одноклеточных водорослей, в основном из углеводородов и отходов растениеводства.

Возрастает интерес к применению ферментов в медицинской промышленности (главным образом для диагностики), хотя в целом их использование остается сравнительно небольшим. Это обусловлено нестабильностью ферментов, сложностью выделения продуктов переработки и проблемами, связанными с добавлением или заменой кофакторов.

Однако в некоторых случаях эти сложности удается обойти путем использования интактных (целых) клеток микроорганизмов. Такой способ применили при крупномасштабном производстве лекарственных препаратов стероидной природы. Было установлено, что многие микроорганизмы способны строго направленно и стереоспецифически гидроксилировать сложные молекулы стероидов. Например, плесневый гриб Rhizopus arrhizus способен стереоспецифически (по 11-му положению) гидроксилировать женский половой гормон прогестерон.

Существенно упростилось производство кортизона, который применяют для лечения артрита. До внедрения нового способа данное соединение получали с помощью химического синтеза, включавшего 37 стадий; при этом выход вещества составлял 0,02 %, а стоимость 1 г достигала 200 долларов. Благодаря введению в процесс получения кортизона этапа биотрансформации, синтез стал проще, а цена препарата составила 68 центов за 1 г.

Впоследствии был обнаружен еще ряд микроорганизмов, способных специфически гидроксилировать другие углеродные атомы стероидного кольца. Микробные системы сейчас используют для превращения фитостероидов в С-19- стероидные гормоны с менее громоздкими молекулами. Они находят широкое применение, в частности как пероральные противозачаточные средства.

Освоение методов культивирования растительных и животных клеток в большом объеме повысило эффективность получения вакцин. Разработка метода слияния клеток различных линий позволила получить новые клоны масличных пальм, не только более урожайные, но и дающие продукцию более высокого качества.

Ссылка на основную публикацию
Эспумизан с рождения инструкция по применению
Регистрационный номер: П N 013354/01 Торговое патентованное название препарата: Эспумизан ® L Международное непатентованное название: Симетикон Лекарственная форма: эмульсия для...
Эритроциты и слизь в моче у ребенка
Лабораторные методы исследования урины – важный этап медицинского обследования, позволяющий больше узнать о здоровье ребенка. Данный анализ назначается всем детям,...
Эритроциты человека имеют
Учитель биологии высшей категории Иванова Людмила Евгеньевна Круги кровообращения (8 класс) Автор предлагает разработку комбинированного урока по теме «Круги кровообращения»...
Эссе профессиональное самоопределение
Ценностные ориентации профессии учителя: взгляд изнутри… Я «больная» работой, моя семья (муж и трое детей, спасибо им!) уже поняла, что...
Adblock detector